JP5666248B2 - 磁気記録媒体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、エッチング時の加工ばらつきやエッチング速度の低減を抑制可能な磁気記録媒体の製造装置に関する。

近年、垂直磁気記録媒体として、隣接するセルの磁気の干渉を避けるために、磁性膜に凹凸パターンや溝を形成し、凹部や溝を非磁性材料で充填したＢＰＭ（Ｂｉｔ Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｍｅｄｉａ）、ＤＴＭ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｔｒａｃｋ Ｍｅｄｉａ）等が用いられている。このような磁気記録媒体の製造方法は、特許文献１に示されている。
磁性膜を凹凸に加工するためには磁性膜上にマスクや凹凸パターンに加工されたレジストが形成されておりエッチングによってパターンを磁性膜に転写する必要がある。また、このレジストやマスクは前後の層と選択比を高めてパターン形状を維持するような工夫がされている。パターン形状を維持することで磁性膜が所定の深さや幅で凹凸が加工され、磁気記録密度の改善を得られることとなる。
凹凸の加工には溝の底の膜を所定膜厚分をエッチングする必要がある。しかし、放電条件以外に基板周り（例えば、基板ホルダー）の膜付状態にてエッチング量が変化してしまうという問題が確認されている。
同様の問題に対し、例えば、特許文献２では、基板を搭載していない状態で、基板ホルダーに対しスパッタエッチング等を行うことで、基板ホルダーに付着した膜を除去する技術が開示されている。

特開２００５−５０４６８号公報 特開２００１−１５６１５８号公報

しかしながら、特許文献２に示すようなスパッタエッチングでは種々の膜が付着していても除去できると言う特徴があるが、エッチングされた膜が基板ホルダーに再付着し、完全には除去しきれないと言う問題がある。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、基板周りの膜の付着に基づくエッチング状態のばらつき、エッチング速度の低下を抑制することをその目的とする。

本発明の一実施形態は、基板ホルダーに搭載された基板に対し各処理を行って磁気記録媒体を製造する装置において、基板を搭載しない状態の前記基板ホルダーに第１の膜を成膜するホルダー成膜室と、前記第１の膜が成膜された前記基板ホルダーに基板を搭載する基板搭載室と、磁性膜層を含む多層膜上に所定パターンのレジスト層が形成された基板に対し、ドライエッチング処理を行い、前記磁性膜層を前記所定パターンに基づく形状に加工する加工室と、を有し、前記第１の膜は、前記ドライエッチング処理により除去される前記多層膜中の膜よりもエッチングされにくい膜であり、前記加工室、ホルダー成膜室及び基板搭載室は、減圧条件下で基板ホルダーを搬送可能に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、磁気記録媒体製造中のエッチングレートの低下を抑えることができる。

本発明を適用可能な磁気記録媒体の製造フローを示す図である。 磁気記録媒体の製造装置の構成例を示す平面概略図である。 ＲＩＥチャンバの構成例を示す横断面概略図である。 ホルダー成膜チャンバの構成例を示す横断面概略図である。 磁気記録媒体の製造装置の構成例を示す平面概略図である。 ホルダーエッチングチャンバの構成例を示す横断面概略図である。 カーボン膜付ホルダーとクロム膜付ホルダーのエッチングレートを比較するグラフである。 クロム膜付ホルダーとＴａ膜付ホルダーのエッチングレートを比較するグラフである。

［層構成及び製造プロセス］
図１は、本発明を適用可能な磁気記録媒体の製造フロー及び各工程における被処理体の積層構成の一例を示す図である。なお、膜構成は断面であるが、図を分かりやすくするためにハッチングは省略する。
積層体２００は、図１（１）に示すように、ＤＴＭに加工途中のものであり、基板２０１と、軟磁性層２０２と、下地層２０３と、記録磁性層２０４と、マスク層２０５と、ハードマスク層２０６と、レジスト層２０７とを備えており、図２に示す製造装置に導入される。基板２０１としては、例えば直径２．５インチ（６５ｍｍ）のガラス基板やアルミニウム基板を用いることができる。軟磁性層２０２は、記録磁性層２０４のヨークとしての役割を果たす層であり、Ｆｅ合金やＣｏ合金などの軟磁性材料から構成される。下地層２０３は、記録磁性層２０４の容易軸を垂直配向（積層体２００の積層方向）させるための層であり、ＲｕとＴａなどの金属膜の積層体等から構成される。この記録磁性層２０４は、基板２０１に対して垂直方向に磁化される層であり、Ｃｏ合金や酸化物などから構成されるグラニュラー膜などである。

また、マスク層２０５は、記録磁性層２０４に溝を形成するためのものであり、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などを用いることができる。このマスクは単層だけではなくＴａなどの金属膜層をハードマスク層２０６とし、カーボン層のような金属に対して選択比の高い材質のマスク層２０６と積層になることがある。
レジスト層２０７は、記録磁性層２０４に溝パターンを転写させる為の層である。本実施形態では、ナノインプリント法により溝パターンがレジスト層２０７に転写されている。ナノインプリント法とはリソグラフィ等で作成された型を平坦なレジスト層２０７にプレスして所定のパターンを持った溝を形成する方法である。なお、ナノインプリント法によらず、露光、現像により溝パターンを転写してもよい。

この積層体２００に対し、ステップＳ１０１でレジストの底だしを行い、レジスト層２０７の溝の底部を除去し、ハードマスク層２０６を露出した状態とする（図１（２））。このプロセスは、例えば、酸素ガスやオゾンガスなどの酸素元素を含むガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により行う。
次に、ステップＳ１０２で、レジスト層２０７をマスクとしてハードマスク層２０６のエッチングを行い、ハードマスク層２０６をパターン状に加工する（図１（３））。このプロセスは、例えば、四フッ化炭素などのハロゲン系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う。

次に、ステップＳ１０３で、ハードマスク層２０６をマスクとしてマスク層２０５のエッチングを行い、マスク層２０５をパターン状に加工する（図１（４））。このプロセスは、例えば、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う。
次に、ステップＳ１０４で、ステップＳ１０３後もマスク層２０５上に残留するハードマスク層２０６を除去する（図１（５））。このプロセスは、例えば、ハロゲン系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う。
次に、ステップＳ１０５で、マスク層２０５をマスクとして記録磁性層２０４のエッチングを行い、記録磁性層２０４を各トラックが径方向で離間したパターンに形成する（図１（６））。例えば、このときのピッチ（溝幅＋トラック幅）は７０〜１００ｎｍ、溝幅は２０〜５０ｎｍ、記録磁性層２０４の厚さは４〜２０ｎｍである。このプロセスは、例えば、Ａｒガスなどの不活性ガスをイオン源としたイオンビームエッチングにより行う。

次に、ステップＳ１０６で、ステップＳ１０５後も残ったマスク層２０５を除去する（図１（７））。このプロセスは、例えば、ステップＳ１０３のマスク層２０５のエッチング処理と同様のプロセスを適用できる。
次に、ステップＳ１０７で、パターン状に形成された記録磁性層２０４上に埋め込み層２０８を成膜し、積層体２００表面に形成された溝を充填する（図１（８））。埋め込み層２０８は、非磁性材料（例えば、Ｃｒ，Ｔｉやこれらの合金）からなり、例えばバイアス電圧を印加したスパッタにより形成する。

次に、ステップＳ１０８で埋め込み層２０８の平坦化処理を行い、記録磁性層２０４を露出させる（図１（９））。このプロセスは、Ａｒガスなどの不活性ガスをイオン源としたイオンビームエッチングにより行う。
次に、ステップＳ１０９で埋め込み層及び記録磁性層２０４上に、保護膜層２０９を成膜する（図１（１０））。保護膜層２０９は、例えば、ＤＬＣを用いることができ、プラズマＣＶＤ法等により作製できる。

［製造装置の構成］
図２は、上述の製造フローを実行可能な製造装置の一例を示す概略構成図である。
図２の製造装置は、複数の真空排気可能なチャンバ１１１〜１２０・・・が無端の方形状に接続配置されたインライン式の製造装置である。そして、各チャンバ１１１〜１２０・・・内には、隣接する真空室に基板を搬送するための搬送路が形成され、基板は製造装置内を周回するうちに順次各真空室内での処理が行われる。また、基板は方向転換チャンバ１５１〜１５４において搬送方向が転換され、チャンバ間を直線状に搬送されてきた基板の搬送方向を９０度転換し、次のチャンバに引き渡す。また、基板はロードロックチャンバ１４５により製造装置内に導入され、処理が終了すると、アンロードロックチャンバ１４６により製造装置から搬出される。基板を保持する基板ホルダーは１３１のチャンバを抜けて再度ロードロックチャンバに移動し新たな基板がホルダーに載せられる。なお、１２０のチャンバのように、同じ処理を実行可能なチャンバを複数個連続して配置し、同じ処理を複数回に分けて実施させてもよい。これにより、時間がかかる処理もタクトタイムを伸ばすことなく実施できる。

具体的には、例えば、符号１１１はレジスト層２０７の底だし用のＲＩＥチャンバ、１１２はハードマスク層２０６エッチング用のＲＩＥチャンバ、１１３はマスク層２０５エッチング用のＲＩＥチャンバ、１１４はハードマスク層２０６除去用のＲＩＥチャンバ、１１５は記録磁性層２０４エッチング用のＩＢＥチャンバ、１１６はマスク層２０５除去用のＲＩＥチャンバ、１１７は埋め込み層２０８成膜用のスパッタチャンバ、１１８は平坦化処理用のＩＢＥチャンバ、１１９は保護膜層２０９を形成するのに必要な温度まで基板を加熱する加熱チャンバ、１２０は保護膜層作成用のプラズマＣＶＤチャンバとして構成することができる。

さらに、本実施形態では、アンロードロックチャンバ１４６とロードロックチャンバ１４５の間に、ホルダー成膜チャンバ１３１を設け、基板を搭載していない状態の基板ホルダーに対して成膜処理を行う。
図３は、ＲＩＥチャンバの構成例である。
ＲＩＥチャンバ３９は、内部で気体放電によりプラズマが生成される放電管３１を備え、放電管３１にガス（反応性ガス、放電用ガス）を供給するガス供給系と、放電管３１内のガスに高周波電力を印加する高周波印加機構とに接続されている。高周波電力印加機構は、アンテナ３２と、アンテナ３２に高周波電流を供給して放電管３１内に高周波磁界を誘起する高周波電源３６と、高周波電源３６とアンテナ３２との間の回路上に設けられた整合器３７を備えている。

図３に示すように、放電管３１は、基板Ｗとアンテナ３２の間に配置された、円筒形筐体であり、基板側で開口している。放電管３１の基板Ｗ側の開口部には、基板Ｗ以外の領域へのプラズマの流入を制限するための環状のシールド３１ａが設けられている。具体的には、シールド３１ａは、放電管３１本体の開口よりも内側の基板Ｗに対向する位置で開口している。その内径Ｄは、放電管３１の内径よりも小さく、かつ、後述するようにホルダー成膜チャンバ１３１のシールド内径Ｄ′よりも小さい。

放電管３１の基板Ｗとは反対側の端には、誘電体からなる放電窓３３が設けられている。アンテナ３２は、放電管３１の軸又はこれとオフセットした軸を中心に巻かれたコイルである。高周波電源３６としては、数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚの範囲の任意の周波数の電力を供給するものが用いられる。ガス供給系は、図示していないが、供給するガスを溜めたボンベ、ボンベと放電管３１とをつなぐ配管、配管に設けたバルブ、流量調整器、フィルタ等から構成されている。なお、符号３４は、プラズマの形成状態を制御するために、放電管３１の管壁内部に設けられたマグネット３４である。

図３に示すように基板ホルダーＣによって基板表面を立てた状態（縦状態）に保持された基板Ｗの両面に対して、対向して一対の放電管３１が設けられている。同様に、アンテナ３２、放電窓３３、マグネット３４も基板の両面に対して、対向して設けられている。こうすることで、基板Ｗの両面に同時にエッチング処理することができる。
基板ホルダーＣは、搬送手段Ｔｍによってチャンバ間、チャンバ内を搬送される。また、排気手段（ターボ分子ポンプ）３８が取り付けられており、所定の圧力（真空状態）に減圧することができる。基板ホルダーＣにパルスバイアスを印加するためのバイアス印加機構３５が接続されており、高精度なエッチングを行うことが可能である。なお、図中、ｍｖはメインバルブであり、チャンバ内を気密に閉じ、またはチャンバ内を排気手段３８に向かって開放する。

図４は、ホルダー成膜チャンバ１３１の構成例である。
ホルダー成膜チャンバ１３１は、ターゲット４１を取り付け可能なカソードユニット４２と、排気手段（ターボ分子ポンプ）４６と、メインバルブｍｖと、を備えて構成されている。カソードユニット４２は、電極と、電極内部の空間に配された磁石機構４２ａと、を備える。電極は、電源（直流、交流又はこれらの重畳も可）に接続され、ターゲット４１に電力を供給する。磁石機構４２ａは、ターゲット４１表面に所定の回転磁界を形成し、マグネトロンスパッタリングを可能にする。カソードユニット４２は、チャンバ内に搬送される基板ホルダーの両側に配されて、基板ホルダー両面への成膜が可能に構成されている。

また、ターゲット４１と基板Ｗの間には基板Ｗの側方から基板Ｗ側に向かって延びる第１シールド４４が設けられ、スパッタリング粒子の基板Ｗ外側領域への入射を抑制する。また、ターゲット４１の背面側にもチャンバの内壁へのターゲット粒子の付着を防ぐ第２シールド４７が設けられている。本実施形態では、第１シールド４４の内径Ｄ′は、上述のように、ＲＩＥチャンバのシールド３１ａの内径Ｄよりも大きい。これにより、ＲＩＥチャンバでエッチングが行われる領域、エッチングにより除去された物質の再付着領域よりも、大きな範囲へ基板ホルダーＣへの成膜を行うことができる。

ホルダー成膜チャンバ１３１では、エッチング対象物よりもエッチングされにくい材料、エッチングガスに対する反応性の低い材料を成膜する。このような材料としては、例えば、クロムやクロムを含有する合金が挙げられる。クロムを用いた場合、後述するように、ハロゲン系のエッチングガス及び酸素元素を含むエッチングガスのいずれに対しても反応性が低く、被エッチング物質が基板ホルダーに付着したままの場合と比較してエッチングレートの低下を抑える効果があるので、本実施形態のフローに示すような一連の工程を行う製造装置において好適に用いることができる。また、後述するように、酸素プラズマにより不動態化を行う場合は、アルミニウムやアルミニウムを含有する合金を用いることもできる。
特許文献２ではアンロードロックチャンバ１４６とロードロックチャンバ１４５の間で、ホルダーに付着したＤＬＣをエッチングしている。しかし、エッチング量が十分でないとチャンバ１１１などでの反応性イオンエッチングでのエッチング速度が低下し新たな基板のレジスト層の溝を所定膜厚分除去できないことが発生した。また、Ｔａなどのハードマスクを用いた場合、特許文献２に示す方法では、基板ホルダーも金属材料で形成されるため、金属材料までは十分にエッチング除去できない。このため、エッチングされたハードマスクの材料が基板ホルダーに付着したままだと、やはりハードマスクのエッチングレードが低下し、パターンの転写が出来なくなってしまう。
本実施形態によれば、ホルダー成膜により、これらの被エッチング物質をエッチングされにくい物質で覆うので、上述のような問題点を解決できる。

［変形例］
図５に本発明の変形例を示す。図５の製造装置は、図２の製造装置とほぼ同様であるが、ロードロックチャンバ１４５とアンロードロックチャンバ１４６の間に、ホルダー成膜チャンバ１３１のほかに、これよりも基板ホルダーの搬送方向下流側にホルダーエッチングチャンバ１３２を設けた点のみが相違している。以下この点を中心に説明する。
ホルダーエッチングチャンバ１３２の構成例を図６に示す。ホルダーエッチングチャンバ１３２は、ガスを導入するガス導入系と、導入されたガスに高周波放電を生じさせる高周波電源５５と、可動電極５３を有するバイアス導入部と、排気手段（ターボ分子ポンプ）５６と、を備える。可能電極５３は、図示しない駆動機構により電極棒が可動になっており、基板ホルダーＣがチャンバ内に搬送されたときに基板ホルダーＣに接触し、電圧を印加する。なお、基板ホルダーＣ周囲の放電空間は、シールド５２により覆われ、除去膜がチャンバ壁に付着するのを防止する。

ホルダーエッチングチャンバ１３２では、基板ホルダーにクロム膜を成膜後、クロム膜により覆い切れずに表面に露出してしまっている膜をエッチングにより除去する。この際、不活性ガスのみを導入し、スパッタエッチングのみを行ってもよいが、酸素ガスなどの酸素元素を含むガスを導入し、マスク層２０５やレジスト２０７、保護膜層２０９の材料であるカーボンと反応させ、除去してもよい。酸素ガスなどの酸素元素を含むガスを導入することで、クロム膜を酸化処理により不動態化させて、より安定な状態とすることができる。

なお、ホルダー成膜チャンバ１３１とホルダーエッチングチャンバ１３２の接続順を逆に、つまりホルダー成膜チャンバ１３１の方をホルダーエッチングチャンバ１３２よりも搬送方向下流側に設けてもよい。保護膜層２０９として一般的に用いられるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は応力の大きい膜であるため、上記エッチングされ難い金属膜をＤＬＣ上に成膜すると密着性が悪く応力の違いにより膜剥がれが発生するおそれもある。エッチングしてからホルダー成膜を行うと、このような膜剥がれを防止できる。
なお、本発明の適用は上述の実施形態に限られない。例えば、本実施形態においては、ハードマスク層２０６を用いているが、これを用いずにレジスト層２０７やマスク層２０５のみで磁性層２０４のエッチングを行うようにしてもよい。また、ホルダー成膜の頻度も必ずしも毎回行う必要はなく、数回に１回であってもよい。また、アンロードロックチャンバ１４６及びロードロックチャンバ１４５の間にホルダー成膜チャンバ１３１を設ける場合に限られず、無端状ラインに分岐して接続されたホルダー成膜チャンバ内でホルダー成膜を行うようにしてもよい。

次に、本発明の効果を確認する試験を行った。
レジスト層２０７やマスク層２０５をエッチングする際に、基板ホルダーＣに付着した被エッチング物質がエッチングレートに与える影響を評価するために、以下の試験を行った。
試験条件は、図３に示したＲＩＥチャンバを用い、ＲＦ Ｐｏｗｅｒを２００Ｗ、パルスＤＣ−Ｂｉａｓを−５０Ｖ、Ａｒガス６０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガス１０ｓｃｃｍ、チャンバー圧力を０．２４Ｐａとし、基板に成膜したスパッタカーボン膜をエッチングした。また、本発明の実施例として、母材（アルミ）にクロム膜が成膜された基板ホルダーＣを用い、比較例として、被エッチング物質としてのカーボン膜が成膜された基板ホルダーを用い、各基板ホルダーＣに保持された基板上のカーボン膜のエッチング量を確認した。
この結果、図７に示すように、カーボン膜付基板ホルダーＣでは３．８ｎｍ／ｓ、Ｃｒ膜付基板ホルダーＣでは５．２ｎｍ／ｓとなった。カーボン膜が成膜された基板ホルダーＣではＣｒ膜付基板ホルダーＣに比べエッチング速度の低下がみられ、必要なエッチング量に満たないことが発生してしまうことが確認された。またエッチング速度の低下により生産性が低下してしまう。

同様に、ハードマスク層２０６をエッチングにより除去する際に、基板ホルダーＣに付着した物質がエッチングレートに与える影響を評価するために、以下の試験を行った。ハードマスク層２０６として用いられる被エッチング物質としてのＴａ膜が成膜されたホルダーと、エッチングガスに対する反応性が低いクロム膜が成膜されたホルダーにて、基板上のＴａ膜をＣＦ_４ガスでエッチングした。この結果、図８に示すように、エッチングレートは、Ｔａ膜付ホルダーで１．２５ｎｍ／ｓ、クロム膜付ホルダーで１．５８ｎｍ／ｓとなった。
以上から、クロムを成膜することで、カーボン系の膜のエッチングの際も、金属膜のエッチングの際もエッチングレートの低下を抑制できることが確認された。他にホルダーに付着する膜として、上記保護膜層２０９もしくは埋め込み層２０８が想定される。埋め込み層２０８が金属等である場合は、やはりＣＦ_４やアルコールなどのエッチングガスと反応しやすく、また保護膜層２０９は酸素ガスと反応しやすいことから、クロムを成膜することにより、埋め込み層２０８や保護膜層２０９との反応を防止できる。

３１ 放電管
３２ アンテナ
３１ａ シールド
Ｃ 基板ホルダー
４４ 第１シールド
４７ 第２シールド

Claims (7)

1. 基板ホルダーに搭載された基板に対し各処理を行って磁気記録媒体を製造する装置において、
   基板を搭載しない状態の前記基板ホルダーに第１の膜を成膜するホルダー成膜室と、
   前記第１の膜が成膜された前記基板ホルダーに基板を搭載する基板搭載室と、
   磁性膜層を含む多層膜上に所定パターンのレジスト層が形成された基板に対し、ドライエッチング処理を行い、前記磁性膜層を前記所定パターンに基づく形状に加工する加工室と、を有し、
   前記第１の膜は、前記ドライエッチング処理により除去される前記多層膜中の膜よりもエッチングされにくい膜であり、
   前記加工室、ホルダー成膜室及び基板搭載室は、大気より減圧条件下で基板ホルダーを搬送可能に接続されていることを特徴とする磁気記録媒体の製造装置。
2. 前記エッチングされにくい膜は、不動態化される膜であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体の製造装置。
3. 前記第１の膜は、Ｃｒ又はＡｌを含む膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気記録媒体の製造装置。
4. 前記加工室は、反応性ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気記録媒体の製造装置。
5. 前記加工室は、酸素元素を含むガスを用いたドライエッチング処理を実行する第１エッチング室、及び、ハロゲン系のエッチングガスを用いたドライエッチング処理を実行する第２エッチング室が夫々独立に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気記録媒体の製造装置。
6. 前記加工室は、プラズマ源と基板ホルダーの間に位置し、基板に通じる開口と基板外の領域へのプラズマの入射を規制する遮蔽部とを有するプラズマシールドを有し、
   前記ホルダー成膜室は、スパッタリングにより前記第１の膜を成膜するスパッタ室であって、ターゲット電極と基板との間に位置し、基板に通じる開口と基板外の領域へのスパッタリング粒子の入射を規制する遮蔽部とを有するスパッタシールドを有し、
   前記スパッタシールドの開口径は、前記プラズマシールドの開口径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気記録媒体の製造装置。
7. 前記ホルダー成膜室で第１の膜が成膜された前記基板を搭載しない状態の基板ホルダーに対し、酸素元素を含むガスを用いてエッチング処理を行うホルダーエッチング室をさらに備え、
   前記ホルダーエッチング室は、前記ホルダー成膜室と前記基板搭載室の間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体の製造装置。